JP6550897B2 - シミュレーション装置及びシミュレーションシステム - Google Patents

シミュレーション装置及びシミュレーションシステム Download PDF

Info

Publication number
JP6550897B2
JP6550897B2 JP2015090812A JP2015090812A JP6550897B2 JP 6550897 B2 JP6550897 B2 JP 6550897B2 JP 2015090812 A JP2015090812 A JP 2015090812A JP 2015090812 A JP2015090812 A JP 2015090812A JP 6550897 B2 JP6550897 B2 JP 6550897B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
equation
circuit
axis
current
voltage value
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015090812A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2016208772A (ja
Inventor
亮平 鈴木
亮平 鈴木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2015090812A priority Critical patent/JP6550897B2/ja
Publication of JP2016208772A publication Critical patent/JP2016208772A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6550897B2 publication Critical patent/JP6550897B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Supply And Distribution Of Alternating Current (AREA)

Description

本発明は、シミュレーション装置及びシミュレーションシステムに関する。
送電線等を模擬する電気回路が知られている。また、電気回路に接続される計算機によって、電気回路に接続される同期機等をシミュレーションする方法が知られている。
計算機を用いて同期機の安定度評価をシミュレーションする方法において、特許文献1では、電力系統の電圧と電流の商用周波数交流成分と直流成分からなる特定の二つ以上の周波数成分に着目し、周波数成分ごとにそれぞれの専用の回路網モデルを用いることによって、電力系統の安定度を予測演算し、シミュレーションを効率良く行う方法が開示されている。
特開2005−184907号公報
しかしながら、同期発電機等の発電機をシミュレーションするには、シミュレーションでは、回路方程式をシミュレーション装置で演算する必要がある。そのため、回路方程式に無限小の項が含まれると、回路方程式をシミュレーション装置が演算するのに回路方程式の離散化が行われるため、回路方程式を演算する精度が悪くなるおそれがある。
本発明の1つの側面は、このような問題にかんがみてなされたものであり、発電機のシミュレーションにおいて、回路方程式を精度良く演算することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、本発明の一実施形態における、電力系統に接続される発電機を前記発電機の等価回路の回路方程式を演算することでシミュレーションするシミュレーション装置は、前記電力系統に交流電流を供給する電流源から前記交流電流の電圧を示す第1電圧値を取得して、前記第1電圧値を三相二相変換すると求まる第2電圧値を演算する三相二相変換演算部と、前記第1電圧値に基づいて制御を行う自動電圧調整器から、前記第1電圧値に対する励磁電圧値を取得する取得部と、前記回路方程式の回路定数を入力し、前記回路方程式の種類を決定する定式化演算部と、前記励磁電圧値、前記第2電圧値、回転速度、及び前記回路定数に基づいて前記回路方程式を演算して第1電流値を求める電流方程式演算部と、前記回路方程式の演算で求まる磁束値から電気トルクを演算する電気トルク演算部と、機械トルクを調速制御装置から取得し、前記電気トルクと前記機械トルクとの差から前記回転速度を演算するトルク演算部とを含み、前記回路方程式は、下記(20)式によって演算され、
Figure 0006550897
上記(20)式における「A」は、下記(12)式又は下記(13)式における「A 」又は「A 」を一般化したパラメータであり、
Figure 0006550897

Figure 0006550897
上記(12)式及び上記(13)式における「L」は、各コイルのインダクタを示し、
上記(12)式及び上記(13)式における「R」は、前記等価回路における各抵抗の抵抗値を示し、
上記(12)式及び上記(13)式における「ω 」は、初期回転速度を示し、
上記(20)式における「x(t)」は、d軸である場合の出力電流I 、励磁電流I 及び制動巻線kdを有する回路に流れ込むkd回路電流I kd を要素とする行列、又は、q軸である場合の出力電流I 、制動巻線gを有する回路に流れ込むg回路電流I 及び制動巻線kdを有する回路に流れ込むkq回路電流I kq を要素とする行列を示し、
上記(20)式における「u(t)」は、d軸における前記初期回転速度、前記第2電圧値、前記回転速度、前記励磁電圧値及びq軸における前記磁束値で定まる行列、又は、q軸における前記初期回転速度、前記回転速度、前記第2電圧値及びd軸における前記磁束値で定まる行列を示し、
上記(20)式、上記(12)式及び上記(13)式における添え字「d」又は「q」は、d軸の場合又はq軸の場合を示す。

本発明によれば、発電機のシミュレーションにおいて、回路方程式を精度良く演算できる。
本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムの全体構成の一例を示すシステム図。 本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによるシミュレーションの一例を示す模式図。 本発明の一実施形態におけるシミュレーション装置及びシミュレーションシステムの機能構成の一例を示す機能ブロック図。 本発明の一実施形態におけるシミュレーション装置によってシミュレーションされる発電機のd軸回路の等価回路の一例を示す回路図。 本発明の一実施形態におけるシミュレーション装置によってシミュレーションされる発電機のq軸回路の等価回路の一例を示す回路図。 本発明の一実施形態における回路方程式の一例を示す図。 本発明の一実施形態におけるq軸の制動巻線g回路がない場合の回路方程式の一例を示す図。 本発明の一実施形態におけるq軸の制動巻線kq及びg回路がない場合の回路方程式の一例を示す図。 本発明の一実施形態における発電機の種類と数式の関係の一例を示す表である。 本発明の一実施形態における調速制御装置による制御の一例を示す制御ブロック図。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
1.シミュレーションシステムのシステム構成及びハードウェア構成例
2.シミュレーション装置及びシミュレーションシステムの機能構成例
3.まとめ
≪ 1.シミュレーションシステムのシステム構成及びハードウェア構成例≫
図1は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムの全体構成の一例を示すシステム図である。具体的には、シミュレーションシステム1は、シミュレーション装置2と、調速制御装置(GOV、Governor)3と、自動電圧調整器(AVR、Automatic Voltage Regulator)4とを有する。
シミュレーション装置2、調速制御装置3、及び自動電圧調整器4は、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、DSP(Digital Signal Processor)、DRP(Dynamic Reconfigurable Processor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、又はこれらの組み合わせ等のハードウェアで実現される。例えば、シミュレーションシステム1では、シミュレーション装置2は、FPGAで実現され、調速制御装置3及び自動電圧調整器4は、FPGA又はASIC以外のPLC(Programmable Logic Controller)、DSP、又はDRP等によってそれぞれ実現される。なお、シミュレーション装置2が行う演算の一部又は全部は、プログラムに基づいて演算を行うCPU(Central Processing Unit)を有する情報処理装置によって実現されてもよい。また、シミュレーションシステム1では、シミュレーション装置2には、調速制御装置3又は自動電圧調整器4の実機が接続されてもよい。
シミュレーション装置2は、電流アンプ(Amplifier)等の電流源5に接続され、シミュレーション装置2が電流源5に対して指令すると、電流源5は、指令に基づく電流を電力系統6に出力する。一方、シミュレーションシステム1は、電流源5によって電力系統6に電流が出力されると発生する端子電圧を検出器等で計測し、電圧値を入力する。以下、シミュレーションシステム1において、端子電圧を計測して入力される電圧値を第1電圧値という。
なお、シミュレーションシステム1は、電力計等の計測装置及び遮断器等を更に含んでもよい。
図2は、本発明の一実施形態におけるシミュレーションシステムによるシミュレーションの一例を示す模式図である。例えば、風力、火力、又は原子力等によって発電を行うのに、発電所等には、同期発電機7が設置され、さらに、同期発電機7には、送電線等が接続される。接続される送電線等によって、同期発電機7が発電した電力は、送電される。送電線等を模式的に示すと、例えば図示するように、送電線等8と示せる。以下、同期発電機7及び送電線等8を有する構成を実系統という。
これに対して、シミュレーションシステム1は、実系統における同期発電機7等をシミュレーションする。以下、シミュレーションシステム1を有する構成をシミュレーション系統という。シミュレーション系統は、実系統をシミュレーションし、試験又は調整等を行うのに用いられる。また、電力系統6は、実系統の送電線等8に代わる装置であり、送電線等8をモデルにしたアナログ電気回路等である。例えば、実系統では、送電される電力は、数kV(volt)の高圧電圧であるのに対して、シミュレーション系統では、電力は、50V程度の電圧でシミュレーションが行われる。
≪ 2.シミュレーション装置及びシミュレーションシステムの機能構成例≫
図3は、本発明の一実施形態におけるシミュレーション装置及びシミュレーションシステムの機能構成の一例を示す機能ブロック図である。シミュレーション装置2は、三相二相変換演算部20と、電流方程式演算部21と、二相三相変換演算部22と、電気トルク演算部23と、トルク演算部24と、取得部25と、定式化演算部26とを含む。各部は、例えば、FPGA等による電子回路によって実現される。
図4は、本発明の一実施形態におけるシミュレーション装置によってシミュレーションされる発電機のd軸回路の等価回路の一例を示す回路図である。
図5は、本発明の一実施形態におけるシミュレーション装置によってシミュレーションされる発電機のq軸回路の等価回路の一例を示す回路図である。
d軸である場合、等価回路は、例えば、図4に示すように、d軸上にある制動巻線d、f、及びkdからなる3巻線変圧器と等価の回路となる。同様に、q軸である場合、等価回路は、例えば、図5に示すように、q軸上にある制動巻線q、g、及びkqからなる3巻線変圧器と等価の回路となる。なお、回路構成は、発電機の種類等によって、構成が異なる。以下、図4及び図5に示す回路を例に説明する。
次に、d軸である場合の出力電流I、q軸である場合の出力電流I、励磁電流I、制動巻線kdを有する回路に流れ込むkd回路電流Ikd、制動巻線gを有する回路に流れ込むg回路電流I、及び制動巻線kdを有する回路に流れ込むkq回路電流Ikqとする。まず、d軸である場合、回路方程式は、下記(1)式、(2)式、及び(3)式のように示せる。
Figure 0006550897
Figure 0006550897
Figure 0006550897
一方、q軸である場合、回路方程式は、下記(4)式、(5)式、及び(6)式のように示せる。
Figure 0006550897
Figure 0006550897
Figure 0006550897
d軸である場合、即ち、上記(1)式、(2)式、及び(3)式は、まとめると下記(7)式のようになる。
Figure 0006550897
同様に、q軸である場合、即ち、上記(4)式、(5)式、及び(6)式は、まとめると下記(8)式のようになる。
Figure 0006550897
上記(7)式を更に整理すると、下記(9)式のようになる。
Figure 0006550897
同様に、上記(8)式を更に整理すると、下記(10)式のようになる。
Figure 0006550897
ただし、上記(9)式及び(10)式において、下記(11)式の通りとする。
Figure 0006550897
また、上記(9)式及び(10)式において、下記(12)式及び下記(13)式の通りとする。
Figure 0006550897
Figure 0006550897
上記(12)式及び(13)式に示す行列A及び行列Aは、それぞれパラメータであり、それぞれオフラインで定式化演算部26によって求められる。また、オンラインの演算部は、下記(14)式及び(15)式のように示せる。
Figure 0006550897
Figure 0006550897
上記(14)式及び(15)式をそれぞれ離散化した方程式は、電流方程式演算部21によって演算される。上記(14)式及び(15)式をそれぞれ離散化した方程式は、下記(16)式及び(17)式のような差分方程式でそれぞれ示せる。
Figure 0006550897
Figure 0006550897
なお、上記(16)式及び(17)式では、磁束を示すφ(k)及びφ(k)は、Parkの磁束鎖交の式より、下記(18)式のように示せる。
Figure 0006550897
上記(14)式及び(15)式は、一般的に、下記(19)式のような微分方程式で示せる。
Figure 0006550897
上記(19)式に対して、電流方程式演算部21は、下記(20)式のような微分方程式を用いる。
Figure 0006550897
上記(20)式を用いると、上記(19)式を用いる場合と比較して、丸め誤差等を少なくでき、シミュレーション装置によって精度良く演算できる。
微分方程式をシミュレーション装置で演算する場合、シミュレーション装置は、差分方程式を演算する。差分方程式の演算では、丸め誤差が生じ、固定小数点による演算子を[]、ある値Tの真の値をT、及び演算で発生する誤差をσとすると、下記(21)式及び(22)式のように示せる。
Figure 0006550897
Figure 0006550897
さらに、ベクトル及び行列を演算する場合、誤差ベクトル及び誤差行列をσ及びΣとすると、下記(23)式及び(24)式のように示せる。
Figure 0006550897
Figure 0006550897
演算された上記(19)式の定常時は、下記(25)式のように示せる。
Figure 0006550897
上記(25)式において、Ax+B=0であることを利用すると、下記(26)式のように示せる。
Figure 0006550897
上記(26)式において、両辺のそれぞれのノルム(norm)をとると、下記(27)式のように示せる。
Figure 0006550897
次に、上記(27)式において、両辺を||x||でそれぞれ割ると、下記(28)式のように示せる。
Figure 0006550897
上記(28)式は、xに係る演算の誤差が行列Aと、項Buとの両方に依存することを示す。一方、演算された上記(20)式の定常時は、下記(29)式のように示せる。
Figure 0006550897
上記(26)式と同様に、x+B’u=0であることを利用してσについて解くと、下記(30)式のように示せる。
Figure 0006550897
さらに、上記(30)式において、両辺のそれぞれのノルムをとると、下記(31)式のように示せる。
Figure 0006550897
上記(31)式は、xに係る演算の誤差が項B’uの誤差に依存することを示す。したがって、上記(20)式を用いると、行列Aによる誤差を少なくすることができる。仮に、上記(20)式における項B’uの誤差≒上記(19)式における項Buの誤差とすると、上記(20)式による演算の方が定常偏差を小さくできる。よって、上記(20)式によって、高速に差分方程式を演算する上で、誤差を少なくすることができる。
次に、制動巻線kd、kq、及びgがON又はOFFとなる場合のモデルをそれぞれ示す。まず、制動巻線kd及びkqがないモデルでは、d軸回路の回路方程式は、下記(32)式及び(33)式のように示せる。
Figure 0006550897
Figure 0006550897
上記(32)式及び(33)式をまとめると、下記(34)式のように示せる。
Figure 0006550897
同様に、q軸回路の回路方程式は、下記(35)式のように示せる。
Figure 0006550897
上記(34)式及び(35)式において、下記(36)式のようにすると、
Figure 0006550897
上記(34)式及び(35)式は、それぞれ下記(37)式及び(38)式のように示せる。
Figure 0006550897
Figure 0006550897
上記(37)式及び(38)式は、制動巻線がONの状態からOFFの状態に変化すると、回路トポロジーが変化して各行列の階数が3から2に変化することを意味する。制動巻線がOFFの状態である場合の行列は、下記(39)式及び(40)式を用いると、
Figure 0006550897
Figure 0006550897
上記(37)式及び(38)式より、下記(41)式及び(42)式のように示せる。
Figure 0006550897
Figure 0006550897
ここで、下記の冗長な方程式を考える。つまり、制動巻線がONとなる場合、階数が3の行列であるA、A、B、及びBは、下記(43)式及び(44)式の要素a11乃至a33及び要素b’11乃至b’33にそれぞれ代入される。
Figure 0006550897
Figure 0006550897
また、制動巻線がOFFとなる場合、階数が2の行列であるAdoff、Aqoff、Bdoff’、及びBqoff’は、上記(43)式及び(44)式の要素a11、a12、a21、a22、b’11、b’12、b’21、及びb’22にそれぞれ代入される。また、制動巻線がOFFとなる場合、上記(43)式及び(44)式の要素a13、a23、a31、a32、a33、b’13、b’23、b’31、b’32、及びb’33には、「0」がそれぞれ代入される。
図6は、本発明の一実施形態における回路方程式の一例を示す図である。図6では、第1式101は、上記(43)式であり、第2式102は、上記(44)式である。即ち、制動巻線がOFFとなる場合、要素110にそれぞれ値が代入され、要素111にそれぞれ「0」が代入される。
q軸の制動巻線g回路がない場合、かつ、制動巻線がONとなる場合、A、A、B’、及びB’は、同様に、上記(43)式及び(44)式の要素a11乃至a33及び要素b’11乃至b’33にそれぞれ代入される。また、q軸の制動巻線g回路がない場合、かつ、制動巻線がOFFとなる場合、Adoff、Aqoff、Bdoff’、及びBqoff’は、上記(43)式及び(44)式の要素a11、a13、a31、a33、b’11、b’13、b’31、及びb’33にそれぞれ代入される。さらに、q軸の制動巻線g回路がない場合、かつ、制動巻線がOFFとなる場合、上記(43)式及び(44)式の要素a12、a21、a22、a23、a32、b’12、b’21、b’22、b’23、及びb’32には、「0」がそれぞれ代入される。
図7は、本発明の一実施形態におけるq軸の制動巻線g回路がない場合の回路方程式の一例を示す図である。図7では、第3式103は、上記(44)式である。図6に示す第2式102と比較して、要素a11乃至a33及び要素b’11乃至b’33に対して、値及び「0」を代入する位置が異なる。具体的には、q軸の制動巻線g回路がない場合、かつ、制動巻線がOFFとなる場合、第3式103では、要素121にそれぞれ値が代入され、要素122にそれぞれ「0」が代入される。
q軸の制動巻線kq及びg回路がない場合、かつ、制動巻線がONとなる場合、A、A、B’、及びB’は、同様に、上記(43)式及び(44)式の要素a11乃至a33及び要素b’11乃至b’33にそれぞれ代入される。また、制動巻線がOFFとなる場合、Adoff、Aqoff、Bdoff’、及びBqoff’は、上記(43)式及び(44)式の要素a11及びb’11にそれぞれ代入される。さらに、制動巻線がOFFとなる場合、上記(43)式及び(44)式の要素a12、a13、a21、a22、a23、a31、a32、a33、b’12、b’13、b’21、b’22、b’23、b’31、b’32、及びb’33には、「0」がそれぞれ代入される。
図8は、本発明の一実施形態におけるq軸の制動巻線kq及びg回路がない場合の回路方程式の一例を示す図である。図8では、第4式104は、上記(44)式である。図6に示す第2式102と比較して、要素a11乃至a33及び要素b’11乃至b’33に対して、値及び「0」を代入する位置が異なる。具体的には、q軸の制動巻線kq及びg回路がない場合、かつ、制動巻線がOFFとなる場合、第4式104では、要素131にそれぞれ値が代入され、要素132にそれぞれ「0」が代入される。
図9は、本発明の一実施形態における発電機の種類と数式の関係の一例を示す表である。シミュレーション装置2は、シミュレーション装置2がシミュレーションする発電機の種類によって、図6乃至図8に示すように、回路方程式において使用する回路方程式を決定する。
シミュレーション装置2がシミュレーションする発電機の種類が小容量突極機であると、d軸モデルの回路方程式は、図6に示す上記(43)式、即ち、第1式101(図6参照)が用いられ、q軸モデルの回路方程式は、図6に示す上記(44)式、即ち、第2式102(図6参照)が用いられる。なお、小容量突極機は、例えば、制動回路無しの発電機等である。また、小容量突極機は、制動回路無しの発電機に限られない。また、小容量突極機である場合、d軸モデルの等価回路では、図4に示す制動回路50部分が開放される。さらに、小容量突極機である場合、q軸モデルの等価回路では、図5に示す制動回路51部分が開放される。開放によって、小容量突極機である場合の抵抗等を精度良く演算できる。
シミュレーション装置2がシミュレーションする発電機の種類がフルダンパ突極機又は一般円筒機であると、d軸モデルの回路方程式は、図6に示す上記(43)式、即ち、第1式101が用いられ、q軸モデルの回路方程式は、図7に示す上記(44)式、即ち、第3式103(図7参照)が用いられる。なお、フルダンパ突極機及び一般円筒機は、例えば、d−q軸を各1個の制動回路を有する発電機等である。また、フルダンパ突極機及び一般円筒機は、d−q軸を各1個の制動回路を有する発電機に限られない。また、フルダンパ突極機又は一般円筒機である場合、q軸モデルの等価回路では、図5に示す制動回路52部分が開放される。開放によって、フルダンパ突極機又は一般円筒機である場合の抵抗等を精度良く演算できる。
シミュレーション装置2がシミュレーションする発電機の種類が大型円筒機であると、d軸モデルの回路方程式は、上記(14)式が用いられ、q軸モデルの回路方程式は、上記(15)式が用いられる。なお、大型円筒機は、例えば、d軸が1個及びq軸が2個の制動回路を有する発電機等である。また、大型円筒機は、d軸が1個及びq軸が2個の制動回路を有する発電機に限られない。
また、電流源5(図3参照)から入力される第1電圧値V1(図3参照)を(v,v,v)とすると、第1電圧値V1の実効値Vは、下記(45)式のように示せる。
Figure 0006550897
自動電圧調整器4(図3参照)には、第1電圧値V1が入力され、自動電圧調整器4は、第1電圧値V1に基づいて制御を行う。また、取得部25(図3参照)は、自動電圧調整器4から第1電圧値V1に対する励磁電圧値Vを取得する。例えば、自動電圧調整器4による制御がフィルタ等であり、1次遅れが発生する場合、励磁電圧値Vは、下記(46)式のように示せる。
Figure 0006550897
なお、励磁電圧値Vは、上記(46)式で示す値に限られず、自動電圧調整器4が行う制御によって上記(46)式は、異なるため、励磁電圧値Vは、自動電圧調整器4が行う制御によって決まる。
さらに、電気トルク演算部23は、電気トルクTeを演算する。具体的には、電気トルク演算部23は、下記(47)式によって電気トルクTeを演算する。
Figure 0006550897
また、上記(47)式は、離散化すると、下記(48)式のように示せる。
Figure 0006550897
次に、トルク演算部24は、演算される電気トルクTeと、調速制御装置3(図3参照)から取得される機械トルクTmとの差から回転速度ω(回転速度は、角速度、角周波数、又は単位時間当たりの回転数でもよい。)を演算する。
図10は、本発明の一実施形態における調速制御装置による制御の一例を示す制御ブロック図である。例えば、図示するように、調速制御装置3によってPI制御等が行われて、機械トルクTmは、出力される。なお、機械トルクTmは、図10に示す制御による出力に限られない。例えば、調速制御装置3は、1次遅れが発生する制御及びフィードフォワード制御等を行ってもよい。
具体的には、トルク演算部24は、下記(49)式によって回転速度ωを演算する。
Figure 0006550897
また、上記(49)式は、離散化すると、下記(50)式のように示せる。
Figure 0006550897
また、上記(50)式から、回転速度ωは、下記(51)式のように示せる。
Figure 0006550897
なお、上記(49)式、(50)式、及び(51)式において、Hは、軸系の運動方程式より、慣性定数を示し、M/2である。また、Mは、運動方程式における質量系を示す。
定式化演算部26(図3参照)は、図4及び図5に示す等価回路の各抵抗の抵抗値R、各コイルのインダクタンスL、及び初期回転速度ω等の回路定数を入力する。初期回転速度ωは、例えば、2×π×fで計算される定格の周波数等の値となる。2×π×fにおいて、fは、東側の地域では、50Hz(ヘルツ)、西側の地域では、60Hzとなる値である。また、定式化演算部26は、図9に示すように、シミュレーションする発電機の種類によって、図6乃至図8に示す回路方程式のうち、電流方程式演算部21が用いる回路方程式を決定する。
また、第1電圧値V1が三相二相変換によって変換されると第2電圧値V2(図3参照)になるとする。第2電圧値V2を(V,V)とすると、三相二相変換演算部20は、三相二相変換、即ち、交流を直流に変換することによって、第2電圧値V2(V,V)を第1電圧値V1(v,v,v)から演算することができる。三相二相変換は、角度θとすると、例えば下記(52)式によって演算される。
Figure 0006550897
一方、電流方程式演算部21が回路方程式を演算することによって求まる電流を第1電流値I1(I,I)とし、電流源5に出力させる指令値を第2電流値I2(i,i,i)すると、二相三相変換演算部22は、二相三相変換、即ち、直流を交流に変換することによって、第2電流値I2(i,i,i)を第1電流値I1(I,I)から演算することができる。二相三相変換は、角度θとすると、例えば下記(53)式によって演算される。なお、下記(53)式では、Iは、「0」とする。
Figure 0006550897
≪ 3.まとめ≫
シミュレーション装置は、発電機をシミュレーションする上で、回路方程式を上記(20)式等の微分方程式を用いて演算する。したがって、上記(19)式等の微分方程式を用いる場合と比較して、(20)式等の微分方程式を用いることによって回路方程式を演算する際に発生する丸め誤差等を少なくでき、シミュレーション装置は、発電機のシミュレーションにおいて、回路方程式を精度良く演算することができる。
また、シミュレーション装置は、図9に示すように、シミュレーションする発電機の種類によって用いる回路方程式の種類を決定するため、シミュレーション装置は、より精度良く回路方程式を演算することができる。
なお、本発明の一実施形態に係る各演算の全部又は一部は、機械語又はアセンブラ等の低水準言語、C言語、Java(登録商標)、又はオブジェクト指向プログラミング言語等の高水準言語、若しくはこれらを組み合わせて記述されるコンピュータに実行させるためのプログラムによって実現されてもよい。即ち、プログラムは、情報処理装置等のコンピュータに各演算の全部又は一部を実行させるためのコンピュータプログラムである。
また、プログラムは、ROM又はEEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)等のコンピュータが読み取り可能な記録媒体に格納して頒布することができる。さらに、記録媒体は、EPROM(Erasable Programmable ROM)、フラッシュメモリ、フレキシブルディスク、CD−ROM、CD−RW、DVD−ROM、DVD−RAM、DVD−RW、ブルーレイディスク、SD(登録商標)カード、又はMO等でもよい。さらにまた、プログラムは、電気通信回線を通じて頒布することができる。
さらに、本発明の一実施形態に係る各演算の全部又は一部は、シミュレーション装置を含む1以上の演算装置を有するシミュレーションシステムによって実現されてもよい。
以上、本発明の好ましい実施例について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形又は変更が可能である。
1 シミュレーションシステム
2 シミュレーション装置
3 調速制御装置
4 自動電圧調整器
5 電流源
6 電力系統
V1 第1電圧値(v,v,v
V2 第2電圧値(V,V
I1 第1電流値(I,I
I2 第2電流値(i,i,i
Te 電気トルク
Tm 機械トルク
励磁電圧値

Claims (8)

  1. 電力系統に接続される発電機を前記発電機の等価回路の回路方程式を演算することでシミュレーションするシミュレーション装置であって、
    前記電力系統に交流電流を供給する電流源から前記交流電流の電圧を示す第1電圧値を取得して、前記第1電圧値を三相二相変換すると求まる第2電圧値を演算する三相二相変換演算部と、
    前記第1電圧値に基づいて制御を行う自動電圧調整器から、前記第1電圧値に対する励磁電圧値を取得する取得部と、
    前記回路方程式の回路定数を入力し、前記回路方程式の種類を決定する定式化演算部と、
    前記励磁電圧値、前記第2電圧値、回転速度、及び前記回路定数に基づいて前記回路方程式を演算して第1電流値を求める電流方程式演算部と、
    前記回路方程式の演算で求まる磁束値から電気トルクを演算する電気トルク演算部と、
    機械トルクを調速制御装置から取得し、前記電気トルクと前記機械トルクとの差から前記回転速度を演算するトルク演算部と
    を含み、
    前記回路方程式は、下記(20)式によって演算され、
    Figure 0006550897
    上記(20)式における「A」は、下記(12)式又は下記(13)式における「A 」又は「A 」を一般化したパラメータであり、
    Figure 0006550897
    Figure 0006550897
    上記(12)式及び上記(13)式における「L」は、各コイルのインダクタを示し、
    上記(12)式及び上記(13)式における「R」は、前記等価回路における各抵抗の抵抗値を示し、
    上記(12)式及び上記(13)式における「ω 」は、初期回転速度を示し、
    上記(20)式における「x(t)」は、d軸である場合の出力電流I 、励磁電流I 及び制動巻線kdを有する回路に流れ込むkd回路電流I kd を要素とする行列、又は、q軸である場合の出力電流I 、制動巻線gを有する回路に流れ込むg回路電流I 及び制動巻線kdを有する回路に流れ込むkq回路電流I kq を要素とする行列を示し、
    上記(20)式における「u(t)」は、d軸における前記初期回転速度、前記第2電圧値、前記回転速度、前記励磁電圧値及びq軸における前記磁束値で定まる行列、又は、q軸における前記初期回転速度、前記回転速度、前記第2電圧値及びd軸における前記磁束値で定まる行列を示し、
    上記(20)式、上記(12)式及び上記(13)式における添え字「d」又は「q」は、d軸の場合又はq軸の場合を示す
    シミュレーション装置。
  2. 前記電流源は、前記第1電流値を二相三相変換して求める第2電流値に基づいて前記電力系統に前記交流電流を供給する請求項1に記載のシミュレーション装置。
  3. 前記電力系統は、送電線をモデルにしたアナログ電気回路である請求項1又は2に記載のシミュレーション装置。
  4. 前記発電機は、風力、火力、又は原子力によって発電を行う同期発電機である請求項1乃至3のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
  5. 前記定式化演算部は、前記発電機の種類によって、前記回路方程式の種類を決定する請求項1乃至4のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
  6. d軸である場合、前記回路方程式は、下記(43)式によって演算され、
    Figure 0006550897
    上記(43)式における「I 」、「I 」及び「I kd 」は、d軸である場合の出力電流、励磁電流、制動巻線kdを有する回路に流れ込むkd回路電流を示し、
    上記(43)式における「a」は、「A 」の行列の各要素を示し、
    上記(43)式における「b'」は、「B '」の行列の各要素を示し、
    上記(43)式における「ω 」は、初期回転速度を示し、
    上記(43)式における「ω」は、前記回転速度を示し、
    上記(43)式における「V 」は、d軸における前記第2電圧値を示し、
    上記(43)式における「φ 」は、q軸における前記磁束値を示し、
    上記(43)式における「V 」は、前記励磁電圧値を示す
    請求項1乃至のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
  7. q軸である場合、前記回路方程式は、下記(44)式によって演算され、
    Figure 0006550897
    上記(44)式における「I 」、「I 」及び「I kq 」は、q軸である場合の出力電流、制動巻線gを有する回路に流れ込むg回路電流及び制動巻線kdを有する回路に流れ込むkq回路電流を示し、
    上記(44)式における「a」は、「A 」の行列の各要素を示し、
    上記(44)式における「b'」は、「B '」の行列の各要素を示し、
    上記(44)式における「ω 」は、初期回転速度を示し、
    上記(44)式における「ω」は、前記回転速度を示し、
    上記(44)式における「V 」は、q軸における前記第2電圧値を示し、
    上記(44)式における「φ 」は、d軸における前記磁束値を示す
    請求項1乃至のいずれか一項に記載のシミュレーション装置。
  8. 電力系統に接続される発電機を前記発電機の等価回路の回路方程式を演算することでシミュレーションするシミュレーション装置と、自動電圧調整器と、機械トルクを制御する調速制御装置とを有するシミュレーションシステムであって、
    前記電力系統に交流電流を供給する電流源から前記交流電流の電圧を示す第1電圧値を取得して、前記第1電圧値を三相二相変換すると求まる第2電圧値を演算する三相二相変換演算部と、
    前記第1電圧値に基づいて制御を行う前記自動電圧調整器から、前記第1電圧値に対する励磁電圧値を取得する取得部と、
    前記回路方程式の回路定数を入力し、前記回路方程式の種類を決定する定式化演算部と、
    前記励磁電圧値、前記第2電圧値、回転速度、及び前記回路定数に基づいて前記回路方程式を演算して第1電流値を求める電流方程式演算部と、
    前記回路方程式の演算で求まる磁束値から電気トルクを演算する電気トルク演算部と、
    前記機械トルクを前記調速制御装置から取得し、前記電気トルクと前記機械トルクとの差から前記回転速度を演算するトルク演算部と
    を含み、
    前記回路方程式は、下記(20)式によって演算され、
    Figure 0006550897
    上記(20)式における「A」は、下記(12)式又は下記(13)式における「A 」又は「A 」を一般化したパラメータであり、
    Figure 0006550897
    Figure 0006550897
    上記(12)式及び上記(13)式における「L」は、各コイルのインダクタを示し、
    上記(12)式及び上記(13)式における「R」は、前記等価回路における各抵抗の抵抗値を示し、
    上記(12)式及び上記(13)式における「ω 」は、初期回転速度を示し、
    上記(20)式における「x(t)」は、d軸である場合の出力電流I 、励磁電流I 及び制動巻線kdを有する回路に流れ込むkd回路電流I kd を要素とする行列、又は、q軸である場合の出力電流I 、制動巻線gを有する回路に流れ込むg回路電流I 及び制動巻線kdを有する回路に流れ込むkq回路電流I kq を要素とする行列を示し、
    上記(20)式における「u(t)」は、d軸における前記初期回転速度、前記第2電圧値、前記回転速度、前記励磁電圧値及びq軸における前記磁束値で定まる行列、又は、q軸における前記初期回転速度、前記回転速度、前記第2電圧値及びd軸における前記磁束値で定まる行列を示し、
    上記(20)式、上記(12)式及び上記(13)式における添え字「d」又は「q」は、d軸の場合又はq軸の場合を示す
    シミュレーションシステム。
JP2015090812A 2015-04-27 2015-04-27 シミュレーション装置及びシミュレーションシステム Active JP6550897B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015090812A JP6550897B2 (ja) 2015-04-27 2015-04-27 シミュレーション装置及びシミュレーションシステム

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015090812A JP6550897B2 (ja) 2015-04-27 2015-04-27 シミュレーション装置及びシミュレーションシステム

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016208772A JP2016208772A (ja) 2016-12-08
JP6550897B2 true JP6550897B2 (ja) 2019-07-31

Family

ID=57490642

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015090812A Active JP6550897B2 (ja) 2015-04-27 2015-04-27 シミュレーション装置及びシミュレーションシステム

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6550897B2 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108336938B (zh) * 2017-01-19 2021-10-22 德昌电机(深圳)有限公司 压力控制装置、系统及方法
CN113096502A (zh) * 2021-04-02 2021-07-09 李新亚 电路模拟接线器具

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05313558A (ja) * 1992-05-08 1993-11-26 Toshiba Corp 電力系統模擬装置
JP2896039B2 (ja) * 1993-03-15 1999-05-31 三菱電機株式会社 シミュレータ装置
JP4289500B2 (ja) * 2004-09-30 2009-07-01 東京電力株式会社 アナログシミュレータ用巻線形誘導機模擬装置
JP6084863B2 (ja) * 2013-02-28 2017-02-22 川崎重工業株式会社 系統連系する電力変換装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP2016208772A (ja) 2016-12-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DK2993779T3 (en) SYSTEM AND PROCEDURE FOR A LOAD EXPECTATION FUNCTION AND ITS SETTING PROCEDURE FOR A GENERATOR DEVICE
CN105629727B (zh) 一种电机位置伺服系统自适应输出反馈鲁棒控制方法
Weir et al. Measuring and increasing z-width with active electrical damping
JPH0472478B2 (ja)
JPH0145876B2 (ja)
JP6550897B2 (ja) シミュレーション装置及びシミュレーションシステム
Yevheniia et al. Development and verification of dynamic electromagnetic model of asynchronous motor operating in terms of poor-quality electric power
Ruba et al. FPGA based processor in the loop analysis of variable reluctance machine with speed control
CN115021638A (zh) 一种高效同步机的电磁暂态建模方法、系统及设备
JP6609990B2 (ja) シミュレーション装置及びシミュレーションシステム
KR102068654B1 (ko) 비엘 모터용 인버터 성능 시험을 위한 시뮬레이션 장치
US20200132772A1 (en) Dynamic state estimation of an operational state of a generator in a power system
JP6161783B2 (ja) コンピュータ支援により送配電網のインピーダンスを求める方法、当該方法を実施するための発電装置及びコンピュータプログラム
Shariati et al. Application of neural network observer for on-line estimation of salient-pole synchronous generators' dynamic parameters using the operating data
JP6488881B2 (ja) シミュレーション装置及びシミュレーションシステム
Thakar et al. Fractional-order PI controller for permanent magnet synchronous motor: A design-based comparative study
Stender et al. Combined electrical-thermal gray-box model and parameter identification of an induction motor
JPH08220197A (ja) モータ負荷特性同定装置
Möller The Dissipating Energy Flow method for analysing generator contribution to power system damping--evaluation and interpretation
JP6249803B2 (ja) インバータ試験システム
EP3006949B1 (en) Method and arrangement for determining leakage inductances of double fed induction generator
EP2881744A1 (en) Method and apparatus for determining a rotational speed of a synchronous machine
CN110135034A (zh) 一种静止变频器仿真建模方法及系统
Talla et al. Foc-based speed control algorithms of induction motor drive with system parameter mismatch
JP2021035169A (ja) モータシミュレータ及びそのプログラム

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180214

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20181121

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20181127

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190125

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20190604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20190617

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6550897

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250